单片机工业控制板的应用

随着单片机技术、计算机技术的发展，学习单片机的门槛正变得越来越低，越来越多的电子爱好者加入学习、使用单片机的行列。目前，所有针对电子爱好者的期刊、报纸无一不把单片机作为一个重头戏，每期都有大量文章；本网站的单片机教材，已被下载十余万次，爱好者学习单片机的热情也可见一斑；网络上各种廉价开发工具也是层出不穷。然而随着学习不断深入，一个问题却开始逐渐显现：很多人反映“我学习不少知识，书看了很多，实验也做了不少，按说实践经验也不少，可为什么我总不敢接项目呢，到底要学到什么时候才能真正的实战呢？”。
　　这样的苦衷是那些“正规军”体会不到，或者说是体会并不深刻的，但是作为一个自学者，作者却完全能理解，因为当初自己也是这么非常艰难地一步一步走过来的。回想走过的路，除了自己不断努力外，一些偶然因素也起了不小的作用，如果没有这些偶然因素的存在，可能就中途退出了。
　　怎样才能减少一个人成长过程中偶然因素的作用，帮助尽可能多的爱好者再跨上一步，从学习者转变为开发者呢？还是让我们来分析一下开发者究竟需要什么样的条件吧！除了要熟悉必要的单片机知识以外，还需要对所开发对象的了解，知道自己要做的是什么东西，由于爱好者本身就工作于生产第一线，开始时也不可能去接自己不熟悉的活来干，因此，对于专业开发者来说比较困难的问题在这里并不突出；需要对市场的熟悉，知道所需要用的器件可以在什么地方可以买到，这一点通过多跑市场，当然也并不难做到；当然还有其他的一些条件，仔细分析都是可以做到的，但作为一个开发者至少还需要一样东西：信心，包括自己的信心和别人对你的信心，信心不能从学习得到，做项目不是考试，你能把单片机书上的题全做对也没用，把所有的单片机书都倒背如流也没用。唯一的方法就是：做，而且成功。不管是自己的信心还是别人对你的信心，就像是储蓄罐里的钱，每一次成功都是向里加钱，而每一次失败都是从里面取钱。于是爱好者就面临着一个两难的选择：当储蓄罐还是零的时候，做，不一定能成功，万一做砸了，就透支了，不做，永远也不能增加。
　　如何来解决这个问题？作为过来人，我们能不能为爱好者找到一条途径，让他们一定成功，不会失败呢？至少第一次不要失败！这是一个非常美好的愿望，可惜答案却是残酷的：我们做不到！可是，真的就一点办法也没有了吗？就只能听之任之吗？我认为，虽然我们不能保证每一个学习者都能一定成功，但的确可以做一些事，增加成功的概率。
　　从技术的角度来看，单片机开发无非分成软件、硬件两部分，如果设法解决掉其中的一部分，留下的另一部分当然就容易了。从一些广告中不难发现端倪，有一些厂商在仿真机、编程器之后力推开发板，其目的就是要让开发者在开发过程中尽量少做硬件的工作，甚至不需要做硬件开发工作。这些板通常力求全面，功能很多，设计者意图很明确：我把所有的功能都做上，你要用哪块就用哪块吧，价格贵点也没关系，反正做个项目也不再乎多那几个钱的。不能说这种想法不对，但是对初学者来说并不适宜，很多人并不富裕，花个大价钱却只用到整个板的几分之一甚至十几分之一的功能，怎么都觉得心痛！与成熟的开发者不同，很多爱好者的第一个项目根本赚不到钱，甚至是自己贴钱在做。另外还有很重要的一点，如此强大功能的板子，目标性反而变得不明确，什么地方都可以用，从另一个角度来说也是什么地方也不能用。就像一个小孩子，你给他一万块钱可能还不如给他一块钱更有价值。
　　那么，究竟什么是简单的，可行的呢？
　　我们认为，工业控制是大有可为的领域之一。去各种各样的工业现场看一看，几乎没有什么地方看不到工业自动化控制的设备。在这些设备中，往往大量应用PLC，从编程的角度来看，这些PLC所要完成的功能非常简单，如果用单片机来实现其功能，那是轻而易举的。如果一定要做一个明确的说明的话，可以这么说：可能只要几十个字节的程序量就能完成那些PLC所要完成的功能。如果你了解这台机器的工作流程或者你就是这样一台机器的操作者，又略懂一些单片机，那么这样的程序完全可以写出来。可是，那里没有用到单片机，而是用的PLC，为什么呢？关键在于可靠性！工业现场的苛刻要求，不要说是初学者，就是富有经验的开发者，往往也觉得头痛。一台设备数十万或更贵，设计者当然不愿意承担风险去用单片机控制板，而是宁愿先用贵一些的PLC。但PLC毕竟是昂贵的，如果有把握用单片机控制板来替代，肯定会有市场，关键在于你要有把握。可是把握从何而来？
　　单片机工业控制板就是为这样的应用而度身定做的。作者长期以来一直在做着工业控制方式的工作，在工作中我们发现，工业现场很难发现有国产单片机设备的踪影，尤其是介入控制部分的，几乎都是国外的产品一统天下。我们在做东西的过程中，也是酸甜苦辣各种滋味都尝到，摸爬滚打，满身伤痕，经过一段时间的摸索，逐渐掌握了一些规律，在解决工业现场干扰严重、单片机系统工作不可靠的问题上有了一些经验，所做的一些产品、系统都能可靠地运行于各种工业应用现场。我们认为，要能够做好工控产品，关键是对控制对象的理解，指望有什么技术可以一劳永逸解决所有问题是不现实的，也是开发者不成熟的标志。举例来说，如果你设计一台测重仪器，那么你事先一定要知道这台仪器的测量范围是多少，测量精度有多高，连续测量的速度有什么要求等等，如果在做仪器之前的想法是：范围越大越好，精度越高越好，速度越快越好。那么可以说你这台仪器一定做不成功！除了你拿它来评奖有用之外，不会有实用价值，更不会有商业价值。这一点并不难理解，同样，工业品的抗干扰处理也是如此，如果你说：抗干扰能力越强越好，什么样的干扰都能抗最好。那意味着你对所要控制的对象，即将面对的干扰源认识还不足，你很难做好项目，或者要为此付出极大的代价。但是，要对所遇到的干扰源有充分的认识，谈何容易！这个东西看不到摸不着，很难抓住，至于各种报刊、杂志甚至专业书籍上的说法，也都言之不详，泛泛而谈，未涉及到深入的原因，所建议采取的措施往往难以有效实施。举例来说，很多书上要求电源一定要好，但怎么个好法呢？都不详说，或者是要求采用所谓的净化电源供电，根本不现实。一台仪器总共才能卖到200~300元，却要为它配个净化电源，头重脚轻了。又如，印板设计很重要，一定要设计好，可是究竟如何才算好，却不再多谈，只是罗列一些注意事项，当这些注意事项不能完全被满足时，究竟按什么要求取舍，不得而知。当然，能否看得懂这些设计原则还和各人的基础知识有关，和各人的经历有关。
　　在我们的工作中，我们掌握了一些规律，希望能帮助爱好者进入这一领域，为此，我们借助“平台”这一概念，用我们掌握的知识，为大家搭建一个小小的平台，一个硬件平台，一个硬件抗干扰能力过关的平台。借助于这个平台，爱好者可以充分发挥你的聪明才智，将它应用到你的工作中去，为你的工作服务。和其他同类品相比，该平台主要有这样的一些特点：
　　1. 定位准确　应用目标锁定在工业控制，需要的人就去用，不需要的人不必为此花钱，便于爱好者选择。
　　2. 经过实践检验　不仅所采用的是经过实践检验的成熟技术，而且所面向的是经实践检验的有前途的行业，这一点很重要；
　　3. 开发简单　所做的就是开关量控制，不涉及模拟量，不用到复杂的测量、显示等技术，只提供一个显示模块作为选用件，为使用者限制了应用范围。开关量控制的编程相对比较简单，但是其应用范围却极广，如果能把这一块做好，就能找到发挥自己能力的舞台。
　　我们认为，单片机用于工业设备控制的条件已成熟，具体有这样的一些表现：
　　1． 单片机开发工具日益成熟
　　目前，手提电脑的价格已日渐平民化，二手手提电脑的价格更低，因此，将手提电脑带到工业现场已不再是奢望。优秀的单片机开发软件如Keil的出现使得 “软件仿真＋写片验证”成为一种重要的开发方式。
　　2．单片机的新特性也为其工业现场应用创造了条件
　　目前，单片机的品种不断增加，新的单片机加入了很多新特性，如内部RAM、Flash Rom的增加等，为高级语言的普遍使用创造了条件；几乎都有ISP（在线编程）的功能，便于采用“软件仿真＋写片验证”的开发方式，一条下载线即可解决问题；采用SST系列单片机更可实现在板仿真功能。
　　3． 一线工人素质不断提高
　　很多一线工人有中职、中专、大专甚至本科学历，计算机的操作不成问题，有一些在学校中就学过一至二门的高级语言，甚至就学过C语言，因此，在掌握单片机的初步知识后，学习C语言编程不成为障碍。
　　4．实时操作系统的普及也使得单片机开发更容易
　　近年来，实时操作系统（RTOS）逐渐普及，加之单片机硬件价格的下降，使用操作系统编程不再是梦想。由于操作系统由计算机专家编写，并经市场验证，因此，

其性能是完全可以得到保证的，借助于操作系统编程，可使程序更易写，并能得到更高的可靠性。以下举一个例子，看一看使用操作系统编程是如何的方便。
　　例如：某电路P1口接有8个LED，要求P1.0所接LED每秒亮、灭各1次，P1.1所接LED每秒亮、灭5次。
　　用Keil所带的Rtx51Tiny操作系统编程，非常简单，源程序如下：
#include //使用rtx51必须加上该头文件
#include "reg52.h"
sbit P1_0=P1^0;
sbit P1_1=P1^1;
//以上第一部份，变量定义
job0 () _task_ 0 {
os_create_task (1); /* 创建任务 1 */
os_create_task (2); /* 创建任务2 */
os_delete_task (0);/*删除任务0 */
}
job1 () _task_ 1 { //任务1
while (1) {
P1_0=!P1_0;
os_wait&nb